Latar Belakang1. Program pemerataan elektrifikasi di Indonesia belum mampu menjangkau daerah terpencil

yang mayoritas merupakan daerah dekat sungai,2. Salah satu metode untuk menghasilkan energi listrik bagi penduduk desa adalah dengan

membuat turbin tipe vertical-axis arus sungai,3. Saat fluida mengalir melewati suatu benda, wake akan selalu timbul di belakang benda, dalam

khasus ini adalah turbin yang berputar.

Permasalahan1. Bagaimana visualisasi wake pada turbin

tipe vertical-axis arus sungai,2. Seberapa luas area wake yang timbul di

belakang turbin.

Tujuan1. Memvisualisasikan wake pada turbin tipe

vertical-axis arus sungai,2. Mengetahui luas area wake yang timbul di

belakang turbin.

Batasan Masalah1. Aliran fluida yang melewati turbin arus sungai bersumbu vertikal merupakan fluida satu

fasa,2. Tipe blade yang digunakan adalah NACA 0015 dan NACA 4415 dengan variasi jumlah blade

3, 4, dan 5 buah,3. Metode yang digunakan adalah simulasi CFD 3D secara steady state dan eksperimen.

WAKEWake merupakan daerah aliran terganggu yang menghilir pada benda padat yang bergerakmelewati fluida karena adanya aliran fluida di sekeliling benda. Dalam fluidainkompresibel, wake akan muncul pada fluida dalam bentuk gelombang.

MODEL TURBULENSISecara sederhana, model turbulensi merupakan konstruksi dan kegunaan suatu model untukmemprediksi efek dari turbulen itu sendiri. Perata-rataan digunakan untuk menyederhanakanpersamaan utama dari turbulen, tetapi model dibutuhkan untuk mewakili skala aliran yangtidak bisa dipecahkan. Macam-macam model turbulensi adalah sebagai berikut, diurutkanberdasarkan tingkat kompleksitasnya:1. Model Aljabar (Nol-persamaan): panjang campuran (model orde satu)2. Model Satu-persamaan: k-model, µt-model (model orde satu)3. Model Dua-persamaan: k-ε, k-kl, k-ω2, k- ε Re-rendah (model orde satu)4. Model Tegangan Aljabarik: ASM (model orde dua)5. Model Tegangan Reynolds: RSM (model orde dua)

COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS (CFD)CFD adalah ilmu yang mempelajari tentang prediksi aliran fluida, perpindahan panas danmassa, reaksi kimia, dan fenomena terkait dengan menyelesaikan persamaan matematikayang mempengaruhi proses-proses ini menggunakan algoritma numerik. Secara umum, urutanpengerjaan supaya dapat menghasilkan simulasi adalah sebagai berikut:1. Penentuan koordinat geometri,2. Plot titik koordinat pada media gambar CFD,3. Pembuatan desain 3D dan partisi geometri pada media gambar CFD,4. Meshing geometri pada media gambar CFD,5. Inisialisasi kondisi pada masing-masing partisi geometri pada media pre-processor,6. Penyelesaian kondisi pada media solver,7. Simulasi aliran dengan menggunakan media post processor.

MULAI

SELESAI

Eksperimen: menentukan kecepatan aliran dan kecepatan rotasi turbin

Simulasi:

NAMA SITUSKECEPATAN

ALIRANKEDALAMAN LEBAR

BEJI 1 0.5 m/s 78 cm 272 cm

BEJI 2 0.6 m/s 78 cm 138 cm

SELOLIMAN 1 1.4 m/s 81 cm 110 cm

SELOLIMAN 2 2.0 m/s 53 cm 80 cm

Dimensi dan kecepatan aliran sungai yang digunakan untuk pengambilan data

Untuk mendapatkan kecepatan rotasi turbin, klem dirangkai pada ujung atas shaft turbin.Rotasi didapatkan dengan menghitung seberapa kali klem saling berinteraksi dalam satumenit. Tiap kondisi eksperimen dilakukan pengulangan 3 kali pengambilan data yangkemudian dirata-rata hasilnya untuk dimasukkan dalam inisialisasi simulasi.

Studi Grid Independence: menentukan ukuran mesh untuk geometri turbin.

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01

Koef

isie

n D

rag

Ukuran Mesh

Ukuran Mesh vs Nilai Koefisien Drag

Cd Acuan

Cd Hasil

Ukuran mesh yang dipakai: 0.002 mError Cd terhadap Cd acuan: 47.8%

Model turbulensi yang digunakan adalah k-Epsilon, karena memiliki error yang lebih kecildaripada k-Omega bila dibandingkan dengan acuan.

Dengan ukuran mesh 0.002 m,Cd k-Epsilon: 0.017152, Error: 47.8%Cd k-Omega: 0.017903, Error: 54.3%

Variasi TurbinRata-rata Rotasi (RPM)

Beji 1 Beji 2 Seloliman 1 Seloliman 2NACA 0015 3 Blade 29,66 51,00 108,00 113,50NACA 0015 4 Blade 32,83 58,50 104,50 114,00NACA 0015 5 Blade 29,33 51,00 108,50 119,00NACA 4415 3 Blade Stall Stall 115,33 127,00NACA 4415 4 Blade 37,33 61,00 114,00 125,50NACA 4415 5 Blade 31,92 53,33 118,00 131,00

0

20

40

60

80

100

120

140

0 0.5 1 1.5 2 2.5

Rota

si T

urbi

n (R

PM)

Kecepatan Sungai (m/s)

Kecepatan Sungai vs Rotasi Turbin

0015 3 Blade

0015 4 Blade

0015 5 Blade

4415 3 Blade

4415 4 Blade

4415 5 Blade

AzimutTurbin

(Derajat)

Profil Wake pada Permukaan Sungai

Beji 1 Beji 2 Seloliman 1 Seloliman 2

0

Salah Satu Profil Wake Tampak Atas pada Permukaan Sungai Turbin dengan 3 Blade NACA 0015di Seluruh Site Sungai Pengujian

Salah Satu Profil Wake Tampak Atas pada Permukaan Sungai Turbin dengan 3, 4, dan 5 BladeNACA 0015 di Site Sungai Beji 1

Azimut Turbin (Derajat)Profil Wake pada Permukaan Sungai

Turbin 3 Blade Turbin 4 Blade Turbin 5 Blade

0

Salah Satu Profil Wake Tampak Atas pada Permukaan Sungai oleh Turbin dengan 5 Blade NACA0015 dan NACA 4415 di Beji 1

Azimut Turbin (Derajat)Profil Wake pada Permukaan Sungai

NACA 0015 5 Blade NACA 4415 5 Blade

0

Salah Satu Profil Wake Tampak Depan pada Jarak 1 Meter dari Shaft oleh Turbin dengan 3Blade NACA 0015 pada Beji 2, Seloliman 1, dan Seloliman 2

Jarak dari Shaft (m) Beji 2 (Kedalaman 78 cm)Seloliman 1 (Kedalaman

81 cm)Seloliman 2 (Kedalaman

53 cm)

1

Pengaruh Lebar Sungai dan Kecepatan Aliran Pengaruh Jenis Blade yang Digunakan

0

0.4

0.8

1.2

1.6

2

0 30 60 90 120

Luas

an W

ake

Azimut Turbin

Azimut Turbin vs Luasan Wake

Beji 2

Beji 1

Seloliman 1

Seloliman 2

Pengaruh Jumlah Blade yang Digunakan

1.7

1.75

1.8

1.85

1.9

1.95

2

2.05

0 20 40 60

Luas

an W

ake

Azimut Turbin

Azimut Turbin vs Luasan Wake

NACA 0015

NACA 4415

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 20 40 60 80 100 120

Luas

an W

ake

Azimut Turbin

Azimut Turbin vs Luasan Wake

3 Blade

4 Blade

5 Blade

Efek Wake pada Kedalaman Sungai

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0 5 10 15 20 25 30

Teka

nan

(N.m

^-2)

Luas (m^2)

Sampel Luas Dasar Sungai vs Tekanan Normal Arus Sungai

1. Wake terkecil terjadi pada kondisi dimana turbin NACA 0015 3 bladedijalankan pada site sungai Seloliman 2 dengan luasan rata-rata 1.66134m2.

2. Wake terbesar terjadi pada kondisi dimana turbin NACA 4415 5 bladedijalankan pada site sungai Beji 1 dengan luasan rata-rata 1.86713 m2.

3. Efek wake terkecil terjadi pada saat pengujian di site sungai Beji 1 danefek wake terbesar terjadi pada pengujian di site sungai Seloliman 2.Hal ini sangat dipengaruhi oleh lebar site sungainya.